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ringler-gmbh Nr.:2350112 過濾網(wǎng)

ringler-gmbh Nr.:0350107 過濾網(wǎng)

自動駕駛儀（autopilot），是按技術(shù)要求自動控制飛行器軌跡的調(diào)節(jié)設(shè)備，其作用主要是保持飛機(jī)姿態(tài)和輔助駕駛員操縱飛機(jī)。對無人駕駛飛機(jī)，它將與其他導(dǎo)航設(shè)備配合完成規(guī)定的飛行任務(wù)。導(dǎo)上的自動駕駛儀起穩(wěn)定彈姿態(tài)的作用，故稱彈姿態(tài)控制系統(tǒng)。自動駕駛儀是模仿駕駛員的動作駕駛飛機(jī)的。它由敏感元件、計算機(jī)和伺服機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)飛機(jī)偏離原有姿態(tài)時，敏感元件檢測變化，計算機(jī)算出修正舵偏量，伺服機(jī)構(gòu)將舵面操縱到所需位置。

相關(guān)背景

自動駕駛儀是按一定技術(shù)要求自動控制飛行器的裝置。在有人駕駛飛機(jī)上使用，是為

自動駕駛儀

了減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，使飛機(jī)自動地按一定姿態(tài)、航向、高度和馬赫數(shù)飛行。在導(dǎo)上，起穩(wěn)定彈姿態(tài)的作用，故稱導(dǎo)姿態(tài)控制系統(tǒng)。它與導(dǎo)上或地面的導(dǎo)引裝置交聯(lián)組成制導(dǎo)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和控制功能。

現(xiàn)代自動駕駛儀的趨勢是向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。80年代以前，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)由于工作時間短、工作環(huán)境條件惡劣（如很大的過載）等較少采用數(shù)字式自動駕駛儀。微型計算機(jī)出現(xiàn)后，戰(zhàn)術(shù)開始采用數(shù)字式自動駕駛儀。近代空戰(zhàn)中，自動駕駛儀能以佳方式操縱戰(zhàn)斗機(jī)，例如以短的時間飛到有利的位置。在導(dǎo)攻擊目標(biāo)時，自動駕駛儀與制導(dǎo)系統(tǒng)配合使能識別敵友、分析敵情變化并作出優(yōu)決策。這就要求自動駕駛儀具有智能的功能。

在現(xiàn)代軍事科學(xué)方面，自動駕駛儀因可替代人駕駛飛機(jī)被應(yīng)用于無人機(jī)方面，包括無人定翼飛機(jī)和無人直升機(jī)等無人飛行器。使用MEMS慣性器件和定位系統(tǒng)相結(jié)合的GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)、使用自適應(yīng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等高級控制算法以及體積小重量輕集成度高都已經(jīng)成為了現(xiàn)代自動駕駛儀的標(biāo)志。

發(fā)展歷史

1914年，美國人斯派雷制成了電動陀螺穩(wěn)定裝置，成為了自動駕駛儀的雛形。20世紀(jì)30年代，為減輕駕駛員長時間飛行的疲勞，開始使用三軸穩(wěn)定的自動駕駛儀，用于保持飛機(jī)平直飛行。

20世紀(jì)50年代，通過在自動駕駛儀中引入角速率信號的方法制成阻尼器或增穩(wěn)系統(tǒng)，改善了飛機(jī)的穩(wěn)定性，自動駕駛儀發(fā)展成飛行自動控制系統(tǒng)。50年代后期，又出現(xiàn)自適應(yīng)自動駕駛儀，能隨飛行器特性的變化而改變自身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。

20世紀(jì)60年代末，數(shù)字式自動駕駛儀在阿波羅飛船中得到應(yīng)用。自動駕駛儀種類很多，可按能源形式、使用對象、調(diào)節(jié)規(guī)律等分類?，F(xiàn)代自動駕駛儀的趨勢是向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。

現(xiàn)代自動駕駛儀已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)，而且一般都是數(shù)字式自動駕駛儀。機(jī)載計算機(jī)能夠確定佳飛行路線，包括爬升和下降等，并對油門和各控制翼面發(fā)出指令。各種*的顯示屏幕取代了種類繁多的儀表盤，直觀地顯示出沿途檢驗(yàn)點(diǎn)和飛機(jī)航向等信息。

工作原理

自動駕駛儀是用來穩(wěn)定與控制飛機(jī)角運(yùn)動和重心運(yùn)動的一種飛行自動控制系統(tǒng)。其功用為 [1]  ：

1.按照駕駛員的意圖穩(wěn)定(或保持)飛機(jī)的飛行狀態(tài)。

如穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角，保持飛機(jī)的飛行高度和飛行M數(shù)等。例如，駕駛員常常通過自動駕駛儀來穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角作巡航水平直線飛行。尤其遠(yuǎn)程民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)以及殲擊機(jī)轉(zhuǎn)場時很重要，以減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。

2.執(zhí)行來串自動駕駛儀中操縱臺的各種指令信號。

由于自動駕駛儀是并聯(lián)在飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)之中，所以當(dāng)自動駕駛儀工作時，駕駛員不能推動駕駛桿，因它們與自動駕駛儀聯(lián)動。為此駕駛員必需通過自動駕駛儀的操縱臺發(fā)出各種指令控制信號，此信號與敏感元件輸出的信號極性相反以其差值加到舵回路從而操縱舵面偏轉(zhuǎn)，使飛機(jī)按照各種指令信號運(yùn)動。例如使飛機(jī)按給定的俯仰角爬高、下滑、改平；按選定的傾斜角轉(zhuǎn)彎；按選定的航跡飛行等。

3.自動駕駛儀目前正朝綜合化多功能方向發(fā)展。

例如與地面無線電設(shè)備一起可組成自動著陸系統(tǒng)，來完成飛機(jī)的自動著陸等任務(wù)。如波音-747等飛機(jī)上裝有自動著陸系統(tǒng)。在轟炸機(jī)上還可同其它電子設(shè)備、軍械設(shè)備一起構(gòu)成自動瞄準(zhǔn)投彈系統(tǒng)。如F-105D戰(zhàn)斗轟炸機(jī)可利用自動駕駛儀操縱飛機(jī)進(jìn)入目標(biāo)，機(jī)動飛行投彈，脫離戰(zhàn)斗，返航和著陸。在戰(zhàn)斗機(jī)上還可與機(jī)載雷達(dá)等設(shè)備構(gòu)成火力控制系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)載雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，就進(jìn)入自動跟蹤目標(biāo)，并實(shí)施攻擊。它還可以同地形跟蹤雷達(dá)一起構(gòu)成自動地形跟蹤系統(tǒng)，這種系繞可使飛機(jī)貼著地形高速低空入侵，由于有地形的遮蔽，不易為雷達(dá)所發(fā)現(xiàn)。如F-111飛機(jī)上就裝有自動地形跟蹤系統(tǒng)；可離地60米飛行。因此自動駕駛儀不僅可用于民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)；而且還可用于殲擊機(jī)、直升機(jī)和無人飛機(jī)等。

自動駕駛儀是通過飛機(jī)的升降舵副翼和方向舵三個主要操縱面來穩(wěn)定和控制飛機(jī)的。因而自動駕駛儀也有與其對應(yīng)的俯仰、橫滾和航向三個通道。通道之內(nèi)有相互交聯(lián)的信號(特別是橫滾和航向通道之內(nèi))。

下面我們僅以俯仰通道為例來說明自動駕駛儀的工作原理。

1.自動駕駛儀穩(wěn)定飛機(jī)俯仰角的過程：

a.飛機(jī)處于平飛狀態(tài)飛機(jī)平飛時，俯仰電位計的電刷B在其中點(diǎn)，而給定電位計的電刷A也在中點(diǎn)，兩者電位相等，偏差信號為零升降舵不動處于中立位置。

b.飛機(jī)偏離平飛狀態(tài)，產(chǎn)生俯仰角偏差信號當(dāng)飛機(jī)受到擾動后，若飛機(jī)機(jī)頭上仰角，這時俯仰電位計與電刷A一道跟著飛機(jī)上仰(因電位計串聯(lián)在飛機(jī)上)，而電刷B則被垂直陀螺儀穩(wěn)定不動。因此電刷A和B的電位不等，產(chǎn)生偏差信號，其大小與俯仰角的偏差成比例。

c舵面動作，飛機(jī)逐漸恢復(fù)偏差信號放大器放大后，送至舵機(jī)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動，一方面經(jīng)鋼索帶動舵面向下偏轉(zhuǎn)；另一方面又帶著返饋電位計的電刷C轉(zhuǎn)動，直至返饋信號*低消偏差信號為止。這時舵機(jī)停止轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生一低頭為矩Mz，在該力矩的作用下使得飛機(jī)和俯仰電位計逐漸向平飛位置恢復(fù)。

d.舵面逐漸回收，飛機(jī)又恢復(fù)到平飛位置由于飛機(jī)和俯仰電位計逐漸向平飛位置恢復(fù)，而電刷B仍被穩(wěn)定不動則電刷A和B之間的偏差信號逐漸減小，當(dāng)返饋信號大于偏差信號時，輸入到放大器的誤差信號反相(即極性相反)，從而使得舵面逐漸回收，電刷C又逐漸回到中點(diǎn)，后舵面又恢復(fù)到平飛時的中立位置，飛機(jī)又處于平飛狀態(tài)。

2.通過自動駕駛儀操縱飛機(jī)的爬高的過程

a.駕駛員給出爬高指令當(dāng)操縱飛機(jī)從平飛狀態(tài)改為爬高狀態(tài)時，駕駛員轉(zhuǎn)動臺上的操縱旋鈕，使給定電刷轉(zhuǎn)動，這時電刷A和B之間所給出信號即給定俯仰信號。

b.舵面動作產(chǎn)生抬頭的操縱力矩在給定信號的作用下，舵機(jī)轉(zhuǎn)動，一方面經(jīng)鋼索帶動舵面向上偏轉(zhuǎn)；另一方面又帶動返饋電位計的電刷C轉(zhuǎn)動，直至返饋信號*抵消給定信為止。舵面上偏產(chǎn)生上仰操縱力矩。

c.飛機(jī)逐漸向給定姿態(tài)過渡在上仰操縱力矩的作用下，飛機(jī)逐漸上仰，俯仰電位計及給定電刷A也隨飛機(jī)一起上仰，而電刷B仍被穩(wěn)定不動。這樣電刷A和B之間的偏差信號愈來愈小，于是返饋信號大于偏差信號，輸入到放大器的信號反相，使舵面逐漸回收，電刷C逐漸向是點(diǎn)移動。

d.飛機(jī)操縱到爬高狀態(tài)隨著飛機(jī)上仰到給定的俯仰角時，電刷A和B之間的偏差信號為零。返饋電位計的電刷C也回到中點(diǎn)，舵面又處于中立位置，則飛機(jī)以給定的俯仰角爬高。

從上面自動駕駛儀穩(wěn)定與控制飛機(jī)姿態(tài)角的過程看出：該過程就是自動駕駛儀和飛機(jī)兩者相互作用的過程。一方面由自動駕駛儀根據(jù)姿態(tài)角偏差的大小和方向去驅(qū)動舵面，產(chǎn)生操縱力矩，對飛機(jī)產(chǎn)生控制作用；另一方面，飛機(jī)實(shí)際姿態(tài)角的變化，又反作用于自動駕駛儀，使其實(shí)際的姿態(tài)角與給定的姿態(tài)角之間的偏差信號減小，從而減弱對飛機(jī)的控制作用。這就是飛機(jī)對自動駕駛儀的反作用，或稱負(fù)返饋?zhàn)饔?。這樣自動駕駛儀與飛機(jī)組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，通常稱飛機(jī)--自動駕駛儀系統(tǒng)。

產(chǎn)品分類

能源分類

自動駕駛儀分為氣壓式、液壓式、電氣式或者是這幾種形式的組合。現(xiàn)代超音速飛機(jī)多安裝電氣（或電子）—液壓式自動駕駛儀。氣壓式伺服機(jī)構(gòu)主要用于。

對象分類

自動駕駛儀分為飛機(jī)自動駕駛儀和自動駕駛儀。飛機(jī)自動駕駛儀多具有檢測飛機(jī)姿態(tài)角的敏感元件，能穩(wěn)定飛機(jī)的姿態(tài)角。為了提高這種自動駕駛儀的穩(wěn)定效果，可配合使用速率陀螺儀。戰(zhàn)術(shù)彈只需要穩(wěn)定角速度，其姿態(tài)角根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動而改變，因此，在自動駕駛儀中不設(shè)檢測角位置的敏感元件。巡航彈、戰(zhàn)略彈和運(yùn)載火箭需要穩(wěn)定姿態(tài)角，在這些飛行器的自動駕駛儀中仍有檢測姿態(tài)角的敏感元件。

算法分類

自動駕駛儀的調(diào)節(jié)規(guī)律（即數(shù)學(xué)模型）表示伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與被調(diào)參

自動駕駛儀(飛機(jī)回路示意圖)

量之間的數(shù)關(guān)系。飛機(jī)自動駕駛儀依調(diào)節(jié)規(guī)律的不同分為比例式自動駕駛儀和積分式自動駕駛儀。比例式自動駕駛儀是以伺服機(jī)構(gòu)輸出的位置偏移量（如舵偏角）與被調(diào)參量（如姿態(tài)角）的偏差成比例的原理工作的。它的結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用很廣，但在干擾作用下會產(chǎn)生靜態(tài)誤差。積分式自動駕駛儀是以伺服機(jī)構(gòu)輸出的位置偏移量與被調(diào)參量偏差的積分成比例的原理工作的，它沒有靜態(tài)誤差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用受到一定限制。

自動駕駛儀按被調(diào)參量的性質(zhì)可分為位置式自動駕駛儀、定向式自動駕駛儀和加速度式自動駕駛儀。位置式自動駕駛儀的被調(diào)參量是飛行器的角位置（即姿態(tài)角），伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與姿態(tài)角的偏差成比例。定向式自動駕駛儀的被調(diào)參量是飛行器的姿態(tài)角速度，伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與姿態(tài)角速度的偏差成比例。加速度式自動駕駛儀的被調(diào)參量是飛行器的法向加速度，伺服機(jī)構(gòu)的輸出量與法向加速度的偏差成比例。